第八章-通信系統(tǒng)課件

本章主要內(nèi)容：

作為傅里葉分析在工程實(shí)際中的應(yīng)用，本章將討論通信系統(tǒng)中的某些基本技術(shù)及其分析方法。1.正弦幅度調(diào)制——DSB調(diào)制與AM調(diào)制。2.同步解調(diào)與包絡(luò)解調(diào)；頻分復(fù)用（FDM）。3.單邊帶（SSB）幅度調(diào)制。

第8章通信系統(tǒng)CommunicationSystems4.脈沖串載波調(diào)制與時(shí)分復(fù)用（TDM）。5.脈沖幅度調(diào)制(PAM)與脈沖編碼調(diào)制(PCM)。1本章主要內(nèi)容：作為傅里葉分析在工程實(shí)際中的應(yīng)8.0引言(Introduction)一般的通信系統(tǒng)總是由以下環(huán)節(jié)組成:在通信系統(tǒng)中調(diào)制與解調(diào)是一種基本的技術(shù)。

調(diào)制是指用一個(gè)信號(hào)去控制另一個(gè)信號(hào)的某一個(gè)參量的過(guò)程。被控制的信號(hào)稱(chēng)為載波(CarrierWave)；控制信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)(ModulationSignal)，也稱(chēng)為基帶信號(hào)。變換器發(fā)送系統(tǒng)信道接收系統(tǒng)變換器消息信號(hào)信號(hào)消息調(diào)制解調(diào)28.0引言(Introduction)一般的通信系統(tǒng)在通信系統(tǒng)中廣泛采用調(diào)制技術(shù)是因?yàn)?

1.任何信道都有它自己的傳輸特性;2.信道的帶寬往往比一路信號(hào)的帶寬要大得多;3.若信號(hào)以電磁波形式發(fā)送到信道，當(dāng)發(fā)射天線(xiàn)的尺寸大約為信號(hào)波長(zhǎng)的1/10或更大一些時(shí)，天線(xiàn)的輻射效率最高。對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)來(lái)說(shuō)，相應(yīng)的天線(xiàn)尺寸要在幾十公里以上，實(shí)際上不可能制造這樣的天線(xiàn)。4.調(diào)制過(guò)程將信號(hào)頻譜搬移到任何所需的較高頻率范圍，這就容易以電磁波形式輻射出去。3在通信系統(tǒng)中廣泛采用調(diào)制技術(shù)是因?yàn)?1.任何信道通常采用的調(diào)制方式:一.正弦載波的情況:根據(jù)被控制的參量分為:

AM------AmplitudeModulationFM------FrequencyModulationPM------PhaseModulation角度調(diào)制在正弦幅度調(diào)制中，又有帶載波和抑制載波的:AM/wc----AM/withcarrierAM/sc-----AM/suppressedcarrier4通常采用的調(diào)制方式:一.正弦載波的情況:根據(jù)被控制的參量分在抑制載波的正弦幅度調(diào)制中有雙邊帶、單邊帶、殘留邊帶：

DSB------Doubleside-bandSSB------Singleside-bandVSB------Vestigialside-band對(duì)正弦載波的情況，若調(diào)制信號(hào)是脈沖信號(hào)，則稱(chēng)為：

ASK------幅度鍵控(AmplitudeShiftKeying)FSK------頻率鍵控(FrequencyShiftKeying)PSK------相位鍵控(PhaseShiftKeying)5在抑制載波的正弦幅度調(diào)制中有雙邊帶、單邊帶、殘留二.脈沖載波的情況:根據(jù)被控制的參量可分為:PAM------PulseAmplitudeModulationPWM-----PulseWidthModulationPPM------PulsePeriodic(Position)Modulation當(dāng)調(diào)制信號(hào)是脈沖編碼信號(hào)時(shí),PCM------PulseCodeModulation6二.脈沖載波的情況:根據(jù)被控制的參量可分為:68.1正弦幅度調(diào)制(DSB)

幅度調(diào)制的數(shù)學(xué)模型是乘法器。為調(diào)制信號(hào)(基帶信號(hào))，為載波信號(hào)，為已調(diào)信號(hào)。時(shí)稱(chēng)正弦幅度調(diào)制。78.1正弦幅度調(diào)制(DSB)幅度調(diào)制的數(shù)若則由于8若則由于8表明:對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行正弦幅度調(diào)制，就等于在頻域?qū)⒒鶐盘?hào)的頻譜搬移到載頻的位置。

為了在接收端能從恢復(fù)成,要求頻譜搬移過(guò)程中不發(fā)生頻譜重疊。為此，應(yīng)滿(mǎn)足：

1.必須帶限于。

2.

9表明:對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行正弦幅度調(diào)制，就等于在頻域?qū)⒒鶐盘?hào)的8.2正弦AM的解調(diào)一.同步解調(diào):(Synchronousdemodulation)DemodulationforSinusoidalAM

顯然，只要濾掉第二項(xiàng)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)的恢復(fù)。將再次與同頻載波相乘，有108.2正弦AM的解調(diào)一.同步解調(diào):(Synchrono1111所用理想低通濾波器的截止頻率要滿(mǎn)足:解調(diào)端所用的載波必須與調(diào)制時(shí)的載波完全同頻。此時(shí)，可采用如下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)解調(diào)：技術(shù)關(guān)鍵：12所用理想低通濾波器的截止頻率要滿(mǎn)足:解調(diào)端所用的載波必須載波相位的影響:

假定調(diào)制時(shí)的載波解調(diào)時(shí)的載波,則

是一個(gè)常數(shù)。此時(shí)，可以通過(guò)前面討論的解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。

當(dāng)不隨時(shí)間變化，而且時(shí),13載波相位的影響:假定調(diào)制時(shí)的載波

可見(jiàn)，必須要求調(diào)制和解調(diào)時(shí)所使用的載波不僅要嚴(yán)格同頻，而且要相位同步(以保證相位差與時(shí)間無(wú)關(guān))。因此這種解調(diào)方法稱(chēng)為同步解調(diào)(SynchronousDemodulation)。當(dāng)時(shí)，由于不能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。14可見(jiàn)，必須要求調(diào)制和解調(diào)時(shí)所使用的載波不僅要嚴(yán)格同頻，而

采用頻率合成器以保證頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度，采用鎖相技術(shù)以保證相位同步。說(shuō)明:由于在已調(diào)信號(hào)的頻譜中同時(shí)保留了基帶信號(hào)的上、下兩個(gè)邊帶，故稱(chēng)其為DSB調(diào)制。這種調(diào)制方式只適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵:15采用頻率合成器以保證頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度，采用鎖相二.非同步解調(diào)(包絡(luò)解調(diào))：(EnvelopeDemodulation)16二.非同步解調(diào)(包絡(luò)解調(diào))：(EnvelopeDemo

要想從已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)出原基帶信號(hào)，必須要求已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)完全保留基帶信號(hào)的形狀，即要求調(diào)制信號(hào)始終非負(fù)。為此，要在DSB調(diào)制方案中加入足夠大的載波分量。17要想從已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)出原基帶信號(hào)，必須要求已調(diào)信當(dāng)時(shí),即可保證已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)將會(huì)保留的形狀。

此時(shí)只需通過(guò)簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波器即可實(shí)現(xiàn)從已調(diào)信號(hào)中解調(diào)出。這種調(diào)制方式被稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)的AM調(diào)制。18當(dāng)時(shí),即可保證已調(diào)信1919

包絡(luò)解調(diào)付出的代價(jià)是發(fā)送功率的浪費(fèi)。因?yàn)榧尤氲妮d波并不攜帶任何有用信息，這部分功率的發(fā)射對(duì)有用信息的傳輸是無(wú)益的。

如果，定義為調(diào)制指數(shù)，顯然。

從功率利用的角度,越大越好；從包絡(luò)檢波的效果來(lái)看，越小越好。因此，在包絡(luò)解調(diào)中，通常折衷地取～20包絡(luò)解調(diào)付出的代價(jià)是發(fā)送功率的浪費(fèi)。因?yàn)榧尤氲妮d波并FrequencyDivisionMultiplexing信道具有相應(yīng)的頻率特性，不同信道對(duì)不同頻段的信號(hào)具有最佳傳輸特性。信道具有比信號(hào)帶寬大得多的頻帶。

8.3頻分多路復(fù)用(FDM)在前面的討論中已經(jīng)提到：頻分復(fù)用可以大大提高信道頻率資源的利用率。如果在一個(gè)信道中只能同時(shí)傳輸一路信號(hào)，顯然對(duì)有限的信道頻率資源是一種浪費(fèi)。21FrequencyDivisionMultiplexin頻分復(fù)用圖8.15利用正弦幅度調(diào)制的頻分多路復(fù)用22頻分復(fù)用圖8.15利用正弦幅度調(diào)制的頻分多路復(fù)用22圖8.16圖8.15頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中的有關(guān)頻譜23圖8.16圖8.15頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中的有關(guān)頻譜23對(duì)頻分多路復(fù)用信號(hào)解調(diào)時(shí)，首先要解復(fù)用：從復(fù)用信號(hào)的頻譜中利用帶通濾波器濾出所需的一路信號(hào)，然后對(duì)該路信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。24對(duì)頻分多路復(fù)用信號(hào)解調(diào)時(shí)，首先要解復(fù)用：從復(fù)用信號(hào)的25258.4單邊帶正弦幅度調(diào)制(SSB)Single-SidebandSinusoidalAmplitudeModulation268.4單邊帶正弦幅度調(diào)制(SSB)Single-Sideb2727SSB信號(hào)的產(chǎn)生:1.濾波法:利用邊帶濾波器，濾除一個(gè)邊帶。28SSB信號(hào)的產(chǎn)生:1.濾波法:利用邊帶濾波器，濾除一個(gè)(1)(2)(3)(4)+(5)2.移相法:其中：29(1)(2)(3)(4)+(5)2.移相法:其中：29(1)(3)(5)(2)(4)(2)＋(4)30(1)(3)(5)(2)(4)(2)＋(4)30P456第八章作業(yè)2010年5月7日8.2231P456第八章作業(yè)2010年5月7日8.22318.5脈沖串作載波的幅度調(diào)制一.脈沖串載波調(diào)制:

當(dāng)幅度調(diào)制的載波信號(hào)是脈沖串時(shí)，稱(chēng)為脈沖串載波調(diào)制。AmplitudeModulationwithaPulse-TrainCarrier以下內(nèi)容同學(xué)們自己看：328.5脈沖串作載波的幅度調(diào)制一.脈沖串載波調(diào)制:當(dāng)幅其中：33其中：33脈沖串載波調(diào)制時(shí)能否解調(diào)出，與脈寬無(wú)關(guān)，從時(shí)域角度，在一個(gè)周期內(nèi)可以為每一路信號(hào)分配一個(gè)時(shí)隙，依次傳送多路信號(hào)。只要的最高頻率滿(mǎn)足，即可保證在中不發(fā)生頻譜的重疊，可以用理想低通濾波器從已調(diào)信號(hào)中解調(diào)出。低通的截止頻率要滿(mǎn)足。時(shí)分復(fù)用的思想:34脈沖串載波調(diào)制時(shí)能否解調(diào)出，與脈寬無(wú)關(guān)，從時(shí)二.時(shí)分多路復(fù)用TDM:(Time-DivisionMultiplexing)

在脈沖串載波的每個(gè)周期里，依次為各路信號(hào)分配一個(gè)相應(yīng)的時(shí)隙，在該時(shí)隙內(nèi)傳送這一路信號(hào)。只要各路信號(hào)的時(shí)隙彼此不重疊，就可以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的同時(shí)傳送。在接收端通過(guò)循徊檢測(cè)實(shí)現(xiàn)解復(fù)用。時(shí)分多路復(fù)用的實(shí)現(xiàn)：35二.時(shí)分多路復(fù)用TDM:在脈沖串載波的每個(gè)周期里，3636時(shí)分多路復(fù)用的實(shí)現(xiàn)37時(shí)分多路復(fù)用的實(shí)現(xiàn)378.6脈沖幅度調(diào)制（PAM）一.PAM調(diào)制

以脈沖串作載波的幅度調(diào)制，在載波的寬度內(nèi)是以調(diào)制信號(hào)的原始波形為傳送對(duì)象的。由于此時(shí)滿(mǎn)足Nyquist抽樣率，因此,在時(shí)隙內(nèi)只需要傳送的一個(gè)樣本值即可。Pulse-AmplitudeModulation

PAM調(diào)制就是用在各時(shí)隙的樣本值去調(diào)制載波脈沖的幅度。一.PAM調(diào)制

以脈沖串作載波的幅度調(diào)制，在載波的寬度內(nèi)是以調(diào)制信號(hào)的原始波形為傳送對(duì)象的。由于此時(shí)滿(mǎn)足Nyquist抽樣率，因此,在時(shí)隙內(nèi)只需要傳送的一個(gè)樣本值即可。388.6脈沖幅度調(diào)制（PAM）一.PAM調(diào)制以脈沖二.PAM系統(tǒng)中的碼間干擾

對(duì)時(shí)分復(fù)用的PAM信號(hào)，在理想情況下，各路信號(hào)在傳輸過(guò)程中不發(fā)生波形失真，在接收端只要通過(guò)采樣判決就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每路信號(hào)的解復(fù)用。39二.PAM系統(tǒng)中的碼間干擾對(duì)時(shí)分復(fù)用的PAM信號(hào)，在

但是，在工程實(shí)際中，由于信道的非理想頻率特性及加性噪聲的引入，總會(huì)造成PAM信號(hào)的波形發(fā)生失真。從而產(chǎn)生碼間干擾，使采樣判決時(shí)刻得到的樣本值并非是該路信號(hào)應(yīng)該有的樣本值。40但是，在工程實(shí)際中，由于信道的非理想頻率特性及加性噪聲的產(chǎn)生碼間干擾的原因:

1.信道帶寬有限使脈沖的前后沿變緩;

2.非線(xiàn)性相位使群時(shí)延非恒定而產(chǎn)生相位彌散。41產(chǎn)生碼間干擾的原因:1.信道帶寬有限使脈沖的前后沿變緩;消除碼間干擾的方法:針對(duì)由于信道帶寬有限而產(chǎn)生的碼間干擾，應(yīng)該在形成PAM信號(hào)時(shí)，使用一種非矩形的脈沖作為載波。這種脈沖在所有采樣判決時(shí)刻都過(guò)零點(diǎn)，而且是帶限的，其最高頻率在信道的通帶內(nèi)。例如采用如下脈沖:42消除碼間干擾的方法:針對(duì)由于信道帶寬有限而產(chǎn)生的碼間

當(dāng)以這樣的脈沖作為PAM調(diào)制的載波時(shí)，就不會(huì)造成采樣判決時(shí)的碼間干擾。43當(dāng)以這樣的脈沖作為PAM調(diào)制的載波時(shí)，就不會(huì)造成采樣判決

更一般的情況，從頻域考慮，只要使是以奇對(duì)稱(chēng)的。例如：44更一般的情況，從頻域考慮，只要使44其中45其中45

具有上述頻譜的脈沖在所有采樣判決時(shí)刻均過(guò)零點(diǎn)。在工程應(yīng)用中,常常用具有升余弦滾降特性的濾波器作為成形濾波器就是出于這樣的考慮,目的在于消除碼間干擾。

如果信道的頻率特性在通帶內(nèi)有起伏（或不恒定）還需要進(jìn)行信道幅度均衡；如果信道的相位特性非線(xiàn)性，則需要進(jìn)行相位均衡。否則，碼間干擾一定會(huì)產(chǎn)生。

46具有上述頻譜的脈沖在所有采樣判決時(shí)刻均過(guò)如果信道的頻三.數(shù)字脈沖幅度調(diào)制與脈沖編碼調(diào)制(PCM)PAM調(diào)制中信號(hào)的樣